Volume 13  No. 2 Juli 2021 ISSN : 2085 – 1669 e-ISSN : 2460 – 0288 Website : jurnal.umj.ac.id/index.php/jurtek Email :  jurnalteknologi@umj.ac.id
U  N  I  V  E  R  S  I  T  A  S   M  U  H  A  M  M  A  D  I  Y  A  H   J  A  K  A  R  T  A

## SINTESIS METANOL DARI HIDROGENASI KARBON MONOKSIDA DENGAN KATALIS Cu/ZnO/Al 2 O 3
Edwin Permana 1,* , Reni Desriyanti 2 , Lenny Marlinda 1 , S.D. S. Murti 3
1 Program Studi Kimia Industri Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Jambi, 36361
2 Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Jambi, 36361
3 Pusat Teknologi Sumberdaya Energi dan Industri Kimia (PTSEIK), Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT), Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang Selatan, 15315
*E-mail: edwinpermana86@unja.ac.id Diterima: 27 Maret 2020 Direvisi: 5 Desember 2020 Disetujui: 13 Juli 2021

## ABSTRAK
Telah  dilakukan  penelitian  untuk  mempelajari  pengaruh  temperatur  reaksi  dengan  katalis Cu/ZnO/Al 2 O 3 menggunakan metode Hidrogenasi karbon monoksida. Reaksi dilakukan di dalam mini reaktor Micromeritic  fixed-bed  reactor dengan  kondisi  reaksi  tekanan  14  bar  menggunakan  variasi temperatur reaksi 200, 240 dan 260 0 C. Pebandingan reaktan CO/H 2 /N 2 yang digunakan adalah 15/30/5 mL/min. Hasil karakterisasi SEM-EDX menunjukkan bahwa katalis A memiliki komposisi Cu:Zn:Al 53:20:4%.    yang  pada  XRD  nampak  CuO,  ZnO,  Al 2 O 3 di  2 θ 32,54 0 ;  36,25 0 ;    67,24 0 dengan  luas permukaan  katalis  78,94  m 2 /g.  Berdasarkan  hasil  analisis  GC-TCD  dan  GC-FID,  katalis  A  mampu menghasilkan  konsentrasi  metanol  hingga  0,412% pada  temperatur  260 0 C  dengan  selektivitas mencapai  85,794%  pada  200 0 C.  Sedangkan  katalis  B  memiliki  komposisi  Cu:Zn:Al  10:8:40%,  yang pada  XRD  nampak  CuO,  ZnO,  Al 2 O 3 di  2 θ 35,89 0 ;  31,68 0 ;    66,66 0 dengan  luas  permukaan  katalis 214,44  m 2 /g.  Berdasarkan  hasil  analisis  GC-TCD  dan  GC-FID,  katalis  B  mampu  menghasilkan metanol  hingga  0,085% pada  temperatur  260 0 C  dengan  selektivitas  mencapai  43,516  %  pada temperatur 200 0 C. Dengan demikian diketahui bahwa katalis A mampu menghasilkan selektivitas dan yield metanol yang lebih tinggi dibandingkan katalis B karena katalis A memiliki komposisi Cu yang lebih  banyak  dari  pada  katalis  B.  Semakin  tinggi  temperatur  yang  digunakan  pada  reaksi  sintesis metanol,  maka  selektivitas  pembentukan  metanol  semakin  menurun,  sedangkan yield metanolnya semakin meningkat.
Kata kunci: Hidrogenasi CO, Katalis Cu/ZnO/Al 2 O 3 , Sintesis Metanol

## ABSTRACT
The  research  has  been  conducted  to  study  the  effect  of  temperature  reaction  with  Cu/ZnO/Al 2 O 3 catalyst  using  the  method  hydrogenation  of  carbon  monoxide.  The  reaction  was  carried  out  in  the fixed-bed  mini  reactor  micromeritic  with  a  pressure  reaction  condition  of  14  bar  using  a  variation temperature  reaction  at  200,  240  and  260 0 C.  Reactant  repercussions  CO/H 2 /N 2 used  are  15/30/5 mL/min.  The  result  of  SEM-EDX  characterization  indicates  the  catalyst  A  has  a  composition  of  Cu 53:20:4% the ones on the XRD appear CuO, ZnO, Al 2 O 3 at 2θ 32.54 0 ; 36.25 0 ; 67.24 0 with a surface area 78.94 m 2 /g. Based on the results of the GC-TCD and GC-FID analysis, catalyst A is capable of generating a methanol concentration of up to 0.412% at 260 0 C with selectivity reaches 85.794% at  200 0 C.  While  the  catalyst  B  has  a  composition  of  Cu:  Zn:  Al  10:8:40%,  which  on  XRD  appears CuO, ZnO, Al 2 O 3 at 2θ 35.89 0 ; 31.68 0 ; 66.66 0 with surface area 214.44 m 2 /g. Based on GC-TCD and GC-FID analysis results, catalyst B can produce methanol up to 0.085% at 260 0 C with selectivity
reaches  43.516%  at  200 0 C.  It  is  thus  known  that  catalyst  A  was  able  to  produce  higher  methanol selectivity and yield compared to catalyst B, because catalyst A had more Cu compositions than the catalyst B. The higher of temperature used in methanol synthesis reactions, the selectivity of methanol formation is decreasing, while the processing of moles is increasing.
Keywords : CO Hydrogenation, Cu/ZnO/Al 2 O 3 Catalyst, Methanol Synthesis

## PENDAHULUAN
Pada  era  krisis  energi  saat  ini,  metanol dapat  digunakan  sebagai  bahan  pengganti untuk bahan bakar fosil, karena metanol secara global  mudah  dihasilkan  dengan  proses  kerja yang  bersih,  berkelanjutan  dan  dapat  dibuat dari  sumberdaya  yang  melimpah.  Metanol merupakan  senyawa  alkohol  dengan  rantai karbon  pendek  yang  akan  lebih  mudah  untuk terbakar  sempurna  dan  melepaskan  buang karbon  monoksida  yang  lebih  sedikit  (Liu, et al., 2003).  Metanol  diharapkan  dapat  menjadi alternatif  bakan  bakar  yang  lebih  ramah lingkungan.  Metanol  dapat  diproduksi  dari berbagai  bahan  baku,  seperti  biomassa,  gas alam,  gasifikasi  batu  bara,  penyulingan  kayu dan bahkan menggunakan polusi yang dihasilkan  dari  pabrik  dan  pembangkit  listrik. Untuk mengurangi kadar emisi karbon dengan menggunakan  proses  hidrogenasi  karbon (Olah, et al., 2009).
Hidrogenasi  karbon  menjadi  metanol hingga  saat  ini  masih  terus  dikembangkan. Pada tahun (2012), Studt et al., menghidrogenasi  CO  menjadi  metanol  dengan menggunakan  katalis  Cu/ZnO/Al 2 O 3 dengan tekanan  tinggi,  yaitu  100  bar  dan  temperatur 250-300 0 C.  Selektivitas  tertinggi  diperoleh pada  temperatur  250 0 C,  yaitu  hingga  99%, kemudian  menurun  hingga  temperatur  300 0 C. Selain  itu,  Zhang et al.  (2012)  melakukan penelitian pada sintesis metanol untuk mempelajari  pengaruh  temperatur  reaksi  pada katalis  CuO/ZnO/Al 2 O 3 dengan  temperatur reaksi yang digunakan 220, 240, 260, 280 dan 300 0 C. Penelitian tersebut menghasilkan selektivitas  metanol  tertinggi  pada  temperatur 220 0 C  34,99%  dengan yield metanol  terbesar pada  temperatur  260 0 C    sebesar  3,69%. Kemudian,  Hidrogenasi  CO  oleh  Liu,  et  al. (2017)  menggunakan  katalis  Cu/Zn/Al  pada kondisi reaksi 250 0 C dan tekanan 45 bar. Hasil analisa  menunjukkan  selektivitas  metanol mencapai 44,5%.
Penggunaan  Cu/ZnO/Al 2 O 3 memiliki peran  penting  dalam  mensintesis  metanol  dari
syngas (Gas Sintetik, CO/CO 2 /H 2 ). Komponen Cu pada katalis yang teroksidasi sebagian akan mengadsorpsi reaktan, ZnO mencegah terbentuknya  sintering  Cu  dan  agregat  berpori (Thomas  dan  Thomas,  1997).  Komponen Al 2 O 3 dapat  mempercepat  proses  adsorpsi Karbon  Monoksida  (Liu, et  al., 2003)  pada katalis.  Proses  aktivasi  menjadi  hal  penting dalam  penentuan  hasil  konversi  CO.  Proses aktivasi  katalis  dapat  dilakukan  dengan mereduksi  katalis  menggunakan  Hidrogen. hidrogen  bertujuan  untuk  mengikat  Oksigen yang terdapat pada Cu, sehingga Cu akan lebih reaktif terhadap CO ketika reaksi (Hendriyana, et al., 2015).
Berdasarkan studi literatur di atas, maka dilakukan  sintesis  metanol  untuk  mengetahui pengaruh  karakteristik  katalis  Cu/ZnO/Al 2 O 3 (A/Komersial)  dan  katalis  Cu/ZnO/Al 2 O 3 (B/non-komersial) dan  temperatur  reaksi terhadap selektivitas dan yield metanol.

## METODE PENELITIAN
Bahan  yang  digunakan  dalam  kegiatan penelitian ini yaitu CuO/ZnO/Al 2 O 3 (Komersial/A), CuO/ZnO/Al 2 O 3 (non- komersial/B)  yang  disintesis  oleh  PTSEIK BPPT,  Hidrogen  (H 2 ),  Karbon  Monoksida (CO),  Nitrogen  (N 2 ),  Udara  Tekan,  Nitrogen Cair  dan  Argon.  Peralatan  yang  digunakan dalam  kegiatan  penelitian  ini  adalah  gelas beaker  250  ml,  mortar  dan  alu,  timbangan analitik, ayakan 100 mesh, sudip, reaktor fixed- bed ,  sampel  bag,  lemari  asam,  kompressor, pompa  vakum,  instrument  SEM,  XRD,  BET, GC-TCD  dan  GC-FID.  Katalis  Cu/ZnO/Al 2 O 3 digerus  lolos  100  mesh.  Kemudian  katalis dikarakterisasi menggunakan Instrument Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive X-Ray (SEM-EDX), X-Ray Disspersion (XRD) dan BET Merk Quantachrome Seri Nova Touch LX 2 .
Proses  uji  katalitik  katalis  pada  sintesis metanol dilakukan dalam reaktor Micromeritic fixed-bed  system dengan  diameter  internal reaktor  9  mm.  Reaktor  yang  digunakan
Jurnal Teknologi 13 (2) pp 217 - 226 © 2021
merupakan  reaktor Micromeritic sistem fixed- bed ,  yaitu  reaktor  yang  prinsip  kerjanya dengan pengontakan langsung antara pereaktan dengan  katalis.  Reaktor  yang  akan  digunakan dibilas menggunakan aseton kemudian dikeringkan  dengan  menyemprotkan  udara tekan.  Reaktor  diuji  kebocoran  dengan menahan  N 2 pada  tekanan  20  bar  selama  30 menit. Reaktor boleh digunakan apabila hanya mengalami perubahan tekanan ± 0,2 bar.
Pengukuran  reaktan  dilakukan  dengan mengalirkan pereaktan kedalam reaktor dengan kondisi  operasi  30 0 C,  tekanan  0  bar,  laju  alir CO  15  mL/menit,  H 2 30  mL/menit  dan  N 2 5 mL/menit.  Kemudian  keluaran  dianalisis dengan GC TCD untuk mengidentifikasi kadar anorganik  CO  dan  H 2 dalam  reaktan.  Setelah itu,  katalis  Cu/ZnO/Al 2 O 3 ditimbang  sebanyak 1  gram  dan  dimasukkan  ke  dalam fixed-bed reactor yang  bagian  atas  dan  bawahnya dilapisi dengan silika wol. Kemudian dilakukan  uji  kebocoran untuk  menguji kelayakan  reaktor  untuk  dipakai.  Lalu  katalis direduksi  d  pada  temperatur  200 0 C  selama  5 jam. dengan mengalirkan H 2 30mL/min dan.
Selanjutnya  dilakukan  proses  reaksi sintesis metanol dengan tiga variasi temperatur,  yaitu  200 0 C,  240 0 C  dan  260 0 C. Sedangkan  tekanan  dan  laju  alir  untuk  tiap variasi  kondisi  reaksi  sintesis  metanol  sama, yaitu  tekanan  sebesar  14  bar,  laju  alir H 2 /CO/N 2 30/15/5  mL/min.  Proses  reaksi dilakukan  selama  4  jam,  dan  dilakukan sampling setiap  1  jam  pada  aliran out dengan menggunakan sample  bag yang  telah  dibilas dan  divakuum.  Gas  produk  hasil  reaksi kemudian  dianalisis  komponen  senyawanya menggunakan GC-TCD dan GC-FID.
Perhitungan  konsentrasi  komponen X (CO,  H 2 dan  Metanol)  dalam  produk menggunakan  perbandingan  luas  area  produk dengan standar seperti pada persamaan (1)
Konsentrasi X =
(1)
Dengan  menggunakan  data  GC-TCD dan GC-FID, maka dapat dihitung Konversi, X (perbandingan  antara  jumlah  produk  secara total  dengan  jumlah  reaktan);  Selektivitas, S (perbandingan  jumlah  produk  satu  komponen dengan  jumlah  produk  total)  dan Yield , Y (perbandingan  antara  jumlah  produk  satu
komponen  dengan  jumlah  umpan  total) menurut  Husin  dan  Marwah  (2004),  secara berturut-turut ditentukan menggunakan persamaan (2), (3) dan (4).
Konversi CO = x 100%  (2) Selektivitas Metanol = x 100% (3) Yield Metanol = x 100% (4)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakterisasi Katalis SEM-EDX (Scanning Electron Microscopy Energy Dispersive X-Ray) Analisisnya didasarkan pada pemanfaatan interaksi elektron dengan spesimen untuk menghasilkan topologi. Berikut  ini  adalah  morfologi  hasil  analisis SEM dari katalis CuO/ZnO/Al 2 O 3 :
(a) (b) (c) (d)
Gambar 1. Morfologi SEM Katalis, (a dan c) A dan (c dan d) B Perbesaran 500x. (a) A fresh; (b) A after used;
(c) B fresh; (d) B after used
Berdasarkan  morfologi  SEM  diketahui bahwasannya  katalis  B  tampak  bahwa  katalis A  sebelum  digunakan  dan  setelah  digunakan
memiliki  perbedaan  pada  permukaannya.  Jika sebelum  digunakan  katalis  A  tampak  bersih pada  bagian  permukaannya,  maka  setelah digunakan  katalis  A  tampak  ada  partikel- partikel  yang  menempel  di  atas  permukaan katalis  yang  mengindikasikan  bahwa  terjadi sintering  katalis.  Hal  ini  terjadi  pula  pada katalis B. Sintering ini akan mengarahkan pada deaktivasi  katalis.  Temperatur  yang  terlalu tinggi  akan  menyebabkan  deaktivasi  katalis dengan  terjadinya  penggumpalan  ( sintering ). Katalis  yang  ter- sintering akan  menyebabkan luas permukaan kontaknya berkurang, sehingga aktivitas katalis menurun.
Menurut Lestari (2011), proses sintering diawali  dengan  partikel-partikel  kecil  yang mulanya  saling  mendekat,  lalu  kemudian membentuk intemediet dimana ketika partikel- partikel  kecil  tersebut  bergabung  masih terdapat  celah  antarpartikel  yang  membentuk pori-pori  kecil,  dan  apabila  reaksi  katalitik terus  berlanjut,  maka  pori  kecil  yang  tersisa akan hilang dan hanya menyisakan batas antar bartikel ( grain boundaries ).
Tabel  1. Komposisi  unsur  pada  katalis  A  dan B sebagai berikut:
Element A B Fresh Used Fresh Used Masa (Wt%) Masa (Wt%) Masa (Wt%) Masa (Wt%) O 24,01 28,71 42,34 54,39 Al 3,67 4,03 39,89 30,69 Cu 52,77 49,54 9,61 7,65 Zn 19,55 17,71 8,17 7,27
Berdasarkan  tabel  2  dan  3  di  atas diketahui  bahwasannya  komposisi  unsur  pada katalis  A  dan  B  berbanding  terbalik.  Pada katalis  A  unsur  Cu  jauh  lebih  banyak dibandingkan  senyawa  Al,  sedangkan  pada  B unsur  Al  lebih  banyak  dibandingkan  senyawa Cu.  Perbedaan  komposisi  unsur  ini  dapat terjadi  karena  adanya  perbedaan  senyawa  Cu, Zn  dan  Al  ketika  mensintesis  katalis Cu/ZnO/Al 2 O 3 . Apabila membandingkan antara  katalis  CuO/ZnO/Al 2 O 3 yang  sebelum digunakan  dan  setelah  digunakan  untuk mensintesis  metanol,  diketahui  bahwasannya katalis  CuO/ZnO/Al 2 O 3 setelah  digunakan memiliki  kandungan  Oksigen  yang  lebih banyak.  Hal  tersebut  menyatakan  bahwa
katalis  mengalami  penambahan  komponen atom  O,  yang  dapat  terjadi  akibat  oksidasi katalis oleh komponen reaktan.
XRD ( X-Ray Diffraction )
Prinsip  kerja  dari  XRD  yaitu  adanya pola  pantulan  atau  pembiasan  yang  khas  dari suatu  bidang  partikel  karena  adanya  partikel cahaya  (foton)  yang  datang  pada  sudut tertentu.  Puncak  2 θ XRD  yang  digunakan berada  pada  rentang  0 0 -  90 0 dengan  radiasi sinar CuKβ (λ = 1,39225 Å). Berdasarkan hasil analisa,  pola  XRD  dari  serbuk  katalis CuO/ZnO/Al 2 O 3 dapat  dilihat  pada  gambar berikut ini:
Gambar 2. Pola difraksi XRD katalis A (biru, bawah) dan B (hijau, atas)
Senyawa  pada  kromatogram  di  atas disesuaikan  dengan  data  JCPDS.  Senyawa CuO  A  yang  sesuai  dengan  data  JCPDS  no. 05-0661  yaitu  pada  2 θ 32,25 0 ;  48,43 0 ;  62,00 0 dan 68,66 0 . Sedangkkan CuO Bterdeteksi pada 2 θ 32,87 0 ;  39,07 0 49,02 0 dan  61,87 0 .  senyawa CuO  pada  katalis  A  dan  B  merupakan merupakan mineral tenorite monoclinic dengan space group P6 3 m c.
Senyawa  ZnO  A  yang  sesuai  dengan JCPDS  no.  36-1451 berada  di  2 θ 36,06 0 dan 57,05 0 ,  sedangkan  senyawa  ZnO  Bterdapat pada  2 θ 31,68 0 dan  55,81 0 ,  dengan  konstanta kisi a = 3.220Å c = 5.200Å. Baik Senyawa ZnO
A  maupun  B  merupakan  mineral Zincite dengan struktur kristal heksagonal. Kedua ZnO tersebut juga  memiliki space  grup yang  sama, P6 3 m c.
Senyawa  Al 2 O 3 A  yang  sesuai  dengan data  JCPDS  no.  29-0063  berada  di  2 θ 39,27 0 dan  66,30 0 ,  sedangkan  senyawa  Al 2 O 3 B terdapat pada 2 θ 46,28 0 dan 66,66 0 . Konstanta kisinya  adalah a =  5.6520Å  c=  7.8710Å. dengan mineral Corundum cubic dengan space group  Fd-3m .  Hasil  anlisis  katalis  tersebut sesuai  dengan  JCPDS  no.  29-0063  yang digunakan  oleh  Gangwar, et  al .  (2015).
Jurnal Teknologi 13 (2) pp 217 - 226 © 2021
Mineral corundum  cubic ,  γ-Al 2 O 3 sangat  baik digunakan  sebagai  support  katalis,  karena memiliki  luas  permukaan  yang  besar.  Situs asam  dan  basa  γ-Al 2 O 3 yang  terkait  dengan koordinasi  Al  dengan  permukaan  γ-Al 2 O 3 dapat  menjelaskan  faktor-faktor  kunci  dalam adsorpsi dan protonasi CO 2 . Pada tiap  peak  2 θ CuO,  ZnO  dan  Al 2 O 3 terjadi  pergeseran  2 θ dari  data  JCPDS  standar yang digunakan. Pergeseran ini dapat
disebabkan  akibat strain yang  tinggi  dalam kristal. Strain merupakan  regangan  yang terjadi  pada  kisi  kristal  akibat  dari  proses sintesis senyawa sehingga menyebabkan ukuran  kristal  menjadi  lebih  besar.  Adanya panas pada ukuran partikel yang semakin kecil akan menyebabkan meningkatkan terbentuknya lattice  strain (penumbuhan kristal  dan  aglomerasi  atau  penggumpalan). Berdasarkan peak yang mucul pada kromatogram  XRD,  maka  dapat  ditentukan ukuran kristalit senyawa menggunakan persamaan (5):
Ukuran  kristal  rata-rata  sampel  dapat dihitung  dengan  menggunakan  persamaan Debye-Scherrer yang digunakan oleh Kumar et al , (2015), yaitu:
D = (5)
dimana  D  adalah  ukuran  diameter  dari kristalit,  K  adalah  faktor shape atau  konstanta scherrer (nilainya  khas,  yaitu  0.9),  λ  adalah panjang  gelombang  sinar  datang  (1,39225  Å), β  adalah  perluasan  garis  difraksi  yang  diukur dalam  radian  pada half  of  its  maximum intensity (FWHM), dan θ adalah sudut Bragg’.
Tabel 2. Diameter Kristal Rata-Rata Komponen Katalis CuO/ZnO/Al 2 O 3 Jenis Katalis CuO/ZnO/
Al 2 O 3 D rata-rata (nm) CuO ZnO Al 2 O 3 A 5,71 4,84 2,19 B 4,68 3,57 3,33
Ukuran  kristalit  berbanding  terbalik  dengan nilai  FWHM  dan  sudut  2 θ ,  yaitu  apabila  nilai FWHM  dan  sudut  2 θ semakin  besar,  maka ukuran  kristalnya  akan  semakin  kecil  dan apabila  nilai  FWHM  dan  sudut  2 θ semakin kecil  maka  ukuran  kristalitnya  akan  semakin
besar.  Kristalinitas  senyawa  dipengaruhi  oleh banyaknya  senyawa  kristalin  yang  ada  pada katalis.  Semakin  banyak  senyawa  kristalin, maka  akan  semakin  besar  kristalinitas  suatu katalis.  Karena  XRD  akan  menunjukkan intensitas  yang  tinggi  untuk  senyawa  berfasa kristalin. Kristalinitas berbanding lurus dengan intesitas  puncak  yang  dihasilkan  oleh  hasil difraktogram yang dihasilkan oleh hasil analisa XRD.
BET ( Brunauer, Emmet, Teller ) Pengukuran luas permukaan ini dilakukan  dengan  menggunakan  instrument BET yang menggunakan prinsip kerja berdasarkan  adsorpsi  pada  permukaan  suatu bahan  padat  pada  berbagai  tekanan  dan temperatur  yang  konstan.  Berdasarkan  hasil analisis  BET  di  atas  pula  diperoleh  data  luas permukaan katalis sebagai berikut:
Tabel  3. Luas  Pemukaan  Katalis  Berdasarkan Hasil Analisa BET
Katalis CuO/ZnO/Al 2 O 3 Luas Permukaan Total (m 2 /g) A 78,94 B 214,44
Tabel  di  atas  menunjukkan  bahwa katalis  B  memiliki  permukaan  yang  lebih  luas dibandingkan  A.  Hal  ini  dapat  disebabkan karena adanya kandungan Al 2 O 3 yang berperan sebagai support atau  penyedia  permukaan lebih  mendominasi  pada  komponen  katalis pada  katalis  B,  dapat  dilihhat  pada  hasil analisis  SEM-EDX  masing-masing  katalis. Katalis komersial (A) pada umumnya disintesis dengan metode kopresipitasi, dimana senyawa  Al 2 O 3 berperan  sebagai support bagi situs aktif. Sedangkan katalis dengan komposisi  Al 2 O 3 yang  jauh  lebih  banyak  (B) disintesis  menggunakan  metode  impregnasi, dimana  senyawa  Al 2 O 3 berperan  sebagai penyedia rangka bagi situs aktif.
Pada  penelitian  sebelumnya  yang dilakukan  oleh  Ledakowicz, et  al (2013) mengenai  sintesis  metanol  menggunakan katalis  menganalis  Cu/ZnO/Al 2 O 3 Haldor Topsoe MK-121,  dan  diketahui  dari  hasil analisa  luas  permukaan  katalis  Cu/ZnO/Al 2 O 3 komersial  dengan  perbandingan  massa  CuO 55%, ZnO 30% dan  Al 2 O 3 15% menggunakan
instrument Micromeritic ASAP® 2050 Xtanded Pressure Sorption Analyser berkisar antara 75- 80 m 2 /gram.
Luas  permukaan  katalis  sebenarnya memiliki  peran  yang  sangat  penting  pada katalis.  Permukaan  dapat  memberikan  ruang berupa  pori-pori  bagi  situs  aktif  supaya  situs aktif Cu tidak mengalami sintering. Situs aktif yang  tersintering  dapat  menyebabkan  aktivitas katalitik katalis menurun atau deaktivasi. Luas permukaan  katalis  dapat  diperbesar  dengan menambahkan support seperti Al 2 O 3 pada saat sintesis.  Semakin  banyak  komponen  alumina, maka  semakin  luas  permukaan katalis. Menurut  Xiao, et  al .  (2017),  katalis  dengan rasio  komponen  alumina  yang  tinggi  dan tembaga  serta  seng  yang  lebih  rendah cenderung lebih tahan dan tetap stabil terhadap temperatur reaksi yang tinggi.

## Uji Katalitik Katalis
Hidrogen pada proses reduksi digunakan  untuk  mengaktivasi  logam  Cu dengan mengikat Oksigen yang ada pada CuO sehingga  membentuk  fasa  aktif  Cu.  Reaksi yang terjadi ketika proses reduksi yaitu:
CuO (s) + H 2 (g) → Cu (s) + H 2 O (g)
Katalis CuO/ZnO/Al 2 O 3 merupakan katalis heterogen dengan situs aktif berupa Cu. Katalis  ini  perlu  aktivasi  dengan  reduksi supaya  kerja  katalis  tetap  terjaga.  Proses reduksi dilakukan berdasarkan kondisi temperatur reduksi terbaik yang dilakukan oleh penelitian  Hendriyana  (2015),  yaitu  pada temperatur  220 0 C.  Pada  temperatur  ini  Cu dapat  mengadsorp  Hidrogen  lebih  banyak. Selain  itu,  pada  temperatur  220 0 C  ZnO  tidak tereduksi.  Berdasarkan  hasil  eksperimen  dari Wang (2017), reduksi ZnO menggunakan TPR ( Temperature
Programed
Reduction )
menghasilkan signal konsumsi H 2 yang sangat rendah  pada  kisaran  temperatur  400-650 0 C, yang  menandakan  bahwa  ZnO  tereduksi sebagian  membentuk  ZnO 1-x .  Sehingga  pada temperatur 220 0 C ZnO dapat mempertahankan persenyawaannya dalam kondisi ZnO.
Tisseraud et  al .  (2015),  memberikan hipotesis bahwasannya susunan struktur morfologi  dari  agregat  molekul  memainkan peran yang sangat penting terhadap selektivitas pembentukan  metanol.  Pada  struktur  ini,  H 2 dan CO 2 selektif teradsorpsi secara kimia pada
permukaan katalis yang berbeda. Namun, pada faktanya,  Cu  tidak  mengadsorp  CO 2 ,  tetapi mengadsorp  H 2 walaupun  ikatannya  lemah, sedangkan  CO 2 teradsorpsi  pada  permukaan ZnO.  Hal  ini  juga  telah  dilaporkan  pada penelitian  Brown, at  al .  (2015),  bahwa  H 2 teradsorp  secara  kimia  pada  logam  Cu  secara lemah  karena  berdasarkan  karakteristiknya lebih  cepat  mendisosiasi  dan  bergabung dengan H 2 . H 2 yang teradsorp lemah kemudian berpindah  pada  kemudian  berpindah  pada ZnO.
Pada proses sintesis temperatur memengang peran penting, dimana temperatur dapat  mempercepat  proses  reaksi.  Pada umumnya  reaksi  akan  lebih  cepat  terjadi  pada keadaan  temperatur  yang  tinggi,  hal  ini berkaitan  dengan  teori  tumbukan.  Kenaikan temperatur  akan  menyebabkan  lebih  banyak terjadinya  benturan  atau  tumbukan  antar partikel  atau  reaktan  sehinggga  laju  reaksinya juga  akan  meningkat.  Temperatur  berbanding lurus dengan energi aktivasi, sehingga diperlukan  adanya  komponen  pembentuk intermediet (katalis) yang mampu menurunkan energi  aktivasi  supaya  temperatur  reaksi  yang digunakan  tidak  sangat  tinggi.  Berikut  ini adalah  tabel  hasil  data  yang  diperoleh  dari hasil analisa GC-TD dan GC-FID:
Tabel 3. Uji Aktivitas Katalis A dan B
T Reaksi ( 0 C) 200 240 260 Katalis A [MeOH] 0,029 0,225 0,412 X CO (%) 2,277 4,175 5,950 S MeOH (%) 85,794  82,735  65,712 Y MeOH (%) 0,114 0,972 1,641 Katalis B [MeOH] 0,009 0,029 0,085 X CO (%) 4,846 9,124 8,332 S MeOH (%) 43,516  10,253 6,815 Y MeOH (%) 0,036 0,114 0,337
Jurnal Teknologi 13 (2) pp 217 - 226 © 2021
Konsentrasi Metanol. Pada Metanol ini digunakan konsentrasi volume ( ).
Konsentrasi  metanol  yang  dihasilkan  pada katalis  A  lebih  tinggi  dibandingkan  katalis  B. Hal  ini  dikarenakan  katalis  A  memiliki komposisi Cu yang lebih banyak dibandingkan A.  Cu  merupakan  komponen  katalis  yang berperan  sabagai  situs  aktif,  yaitu  unsur  yang berperan  dalam  menetukan  jalannya  suatu reaksi. Hal ini mengacu pada penelitian Allam et al . (2019) bahwasannya selektivitas pembentukan metanol  meningkat seiring meningkatnya  rasio  Cu  10-60%  pada  katalis Cu/ZnO/Al 2 O 3 .
Konsentrasi metanol yang terbentuk saat proses reaksi sintesis meningkat seiring dengan meningkatnya  temperatur  reaksi.  Hal  ini disebabkan  metanol  yang  terbentuk  semakin banyak. Hal ini dapat disebabkan karena reaksi sintesis  metanol  membutuhkan  tekanan  yang tinggi,  sehingga  ketika  tekanannya  diturunkan maka  temperatur  yang  dibutuhkan  untuk mensintesis metanol perlu ditambah.
Walaupun demikian, sebenarnya reaksi sintesis metanol  yang  terjadi  adalah  sangat  eksoterm, sehingga  suhu  yang  semakin  tinggi  akan menghambat pembentukan metanol, sedangkan pada suhu yang rendah aktivitas katalitik tidak dapat  berjalan  dengan  maksimal.  Hasil  ini sesuai  dengan  penelitian  yang  dilakukan  oleh Zhang, et  al .  (2012)  bahwasannya yield metanol  yang  dihasilkan  meningkat  dari temperatur reaksi 220 0 C hingga 260 0 C.
Konversi  Reaktan  CO. Konversi  CO pada  Katalis  A  diketahui  bahwasannya Konversi  CO  meningkat  pada  waktu  reaksi  2 jam  lalu  mengalami  penurunan.  Sedangkan pada  katalis  Katalis  B  konversi  CO  yang terjadi  mengalami  fluktusi  yang  sangat signifikan.  Hal  ini  dapat  dikaitkan  dengan proses  reduksi  katalis.  Pada  katalis    A  tidak seluruhnya  tereduksi,  sehingga  konversinya hanya sedikit. Hal ini sesuai dengan
pernyataan Hendriyana et al . (2015)
bahwasannya  Cu  yang  tereduksi  memegang peran  penting  dalam  penentuan  hasil  konversi CO. Selain itu, konversi CO yang terjadi pada katalis  B  lebih  tinggi  ini  dapat  disebabkan akibat  banyaknya  komposisi  Al 2 O 3 yang berperan  dalam  mempercepat  adsorpsi  dan aktivitas CO (Ali, et al ., 2015).
Selain itu, meningkatnya konversi reaktan  CO  seiring  dengan  meningkatnya temperatur  reaksi  karena  pada  temperatur tinggi  akan  menghasilkan  energi  yang  lebih besar  sehingga  reaksi  yang  terjadi  akan  lebih cepat.  Kenaikan  konversi  ini  sesuai  dengan hukum  Arrhenius  yang  menyatakan  bahwa semakin tinggi temperatur, maka laju reaksinya akan  semakin  tinggi  (Froment  dan  Bischoff, 1990). Peningkatan Konversi reaktan ini sesuai dengan  penelitian  yang  dilakukan  oleh  Zhang, et  al .  (2012),  dimana  konversi  CO 2 tertinggi yang  diperoleh  pada reaksi  sintesis temperatur 220-300 0 C  derajat  adalah  pada  temperatur 300 0 C dengan konversi mencapai 21,37%.

## Selektivitas  Pembentukan  Metanol.
Katalis  digunakan  bertujuan  supaya  reaksi yang  terbentuk  mengarah  pada  hasil  yang diinginkan, namun tidak menutup kemungkinan  terjadinya  produk  lain  ketika reaksi,  sehingga  selektivitas  pembentukan produk perlu diketahui. Selektivitas pembentukan metanol yang terjadi pada katalis A  lebih  tinggi  dibandingkan  katalis  B.  Hal  ini dikarenakan  katalis  A  memiliki  komposisi  Cu yang  lebih  banyak  dibandingkan  A.  Cu merupakan  komponen  katalis  yang  berperan sabagai  situs  aktif,  yaitu  unsur  yang  berperan dalam menetukan jalannya suatu reaksi. Hal ini mengacu  pada  penelitian  Allam et  al .  (2019) bahwasannya selektivitas pembentukan metanol meningkat seiring meningkatnya rasio Cu, yaitu 10-60% pada katalis Cu/ZnO/Al 2 O 3 . Berdasarkan  tabel  9  dan  10  serta  grafik 15  dan  16  di  atas  diketahui  bahwasannya selektivitas  pembentukan  metanol  menurun seiring dengan bertambah tingginya temperatur reaksi.  Hal  ini  disebabkan  metanol  menjadi tidak stabil pada temperatur tinggi dan berubah menjadi  metana  dan  air  melalui  reaksi  yang ada pada penelitian Allam et al . (2019) sebagai berikut ini:
CO (g) + H 2(g) → CH 3 OH (g) + H 2(g) → CH 4(g) + H 2 O (g)
Penurunan selektivitas metanol ini sesuai dengan  penelitian  yang  dilakukan  oleh  Zhang, et  al .  (2012),  dimana  selektivitas  metanol tertinggi  yang  diperoleh  pada  reaksi  sintesis temperatur  220-300 0 C  derajat  adalah  pada temperatur 220 0 C dengan selektivitas mencapai 34,99%.
Selain  itu,  ada  kemungkinan  lain mengapa  katalis  A  mampu  memberikan selektivitas  dan yield yang  tinggi,  yang  tidak hanya  disebabkan  oleh  luas  permukaan  Cu, melainkan  berkaitan  dengan  adanya  ZnO sebagai  promotor  pada  permukaan  Cu  yang aktif.  Berdasarkan  uji  aktivitas ini,  dilihat  dari sudut  pandang  aktivitas  awal  diketahui  bahwa katalis  dengan  kandungan  alumina  yang  lebih sedikit  lebih  baik,  sedangkan  apabila  dilihat dari  sudut  pandang  satabilitas  katalis  jangka panjang,  maka  katalis  dengan  komposisi alumina lebih banyak akan lebih baik.
Katalis dengan luas area katalis tertinggi (jumlah  Al  14%)  pada  penelitian  Xiao, et  al .
(2017)  juga  bukan  komposisi  katalis  yang terbaik  dan  mampu  menghasilkan  metanol tertinggi, namun katalis dengan luas permukaan 85 m 2 /g justru mampu memberikan hasil yang terbaik. Hal ini dapat terjadi karena adanya  efek  ganda  dari  alumia,  dimana meningkatnya komposisi alumina akan meningkatkan  luas  permukaan  dari  Cu 0 , sementara  itu  aktivitas  instrinsik  dari  Cu 0 mengalami penurunan pada waktu yang sama.
Yield Metanol. Yield metanol  yang dihasilkan  pada  katalis  A  lebih  tinggi dibandingkan  katalis  B.  Hal  ini  dikarenakan katalis  A  memiliki  komposisi  Cu  yang  lebih banyak  dibandingkan  A.  Cu  merupakan komponen  katalis  yang  berperan  sabagai  situs aktif,  yaitu  unsur  yang  berperan  dalam menetukan  jalannya  suatu  reaksi.  Hal  ini mengacu  pada  penelitian  Allam et  al .  (2019) bahwasannya selektivitas pembentukan metanol meningkat seiring meningkatnya rasio Cu 10-60% pada katalis Cu/ZnO/Al 2 O 3 . Yield metanol  justru  meningkat  seiring dengan  meningkatnya  temperatur  reaksi  dapat disebabkan  karena  reaksi  sintesis  metanol membutuhkan  tekanan  yang  tinggi,  sehingga ketika tekanannya diturunkan maka temperatur yang  dibutuhkan  untuk  mensintesis  metanol perlu ditambah. Walaupun demikian,
sebenarnya reaksi sintesis metanol yang terjadi adalah  sangat  eksoterm,  sehingga  suhu  yang semakin tinggi akan menghambat pembentukan  metanol,  sedangkan  pada  suhu yang  rendah  aktivitas  katalitik  tidak  dapat berjalan  dengan  maksimal.  Hasil  ini  sesuai dengan  penelitian  yang  dilakukan  oleh  Zhang, et  al .  (2012)  bahwasannya yield metanol  yang dihasilkan  meningkat  dari  temperatur  reaksi
220 0 C  hingga  260 0 C  dan  menurun  pada temperatur 280 0 C hingga 300 0 C, dengan yield metanol  tertinggi  diperoleh  pada  temperatur 260 0 C dengan yield metanol mencapai 3,69%.
Mengacu  pada  artikel  dari  Dalena et  al .
(2018),  mekanisme  reaksi  hidrogenasi  Karbon Monoksida  pada  permukaan  katalis  terjadi seperti gambar berikut ini:

## Gambar 3. Mekanisme Reaksi Sintesis Metanol pada Permukaan Katalis
Mekanisme  reaksi  sintesis  dimulai  dari adsorpsi  spesies  CO  dan  H  pada  permukaan katalis,  CO  yang  teradsorpsi  pada  permukaan katalis  (warna  orange)  akan  bereaksi  dengan atom  H  teradsorpsi  yang  terdekat,  dimana ikatan  rangkap  C  dengan  katalis  akan tereksitasi, sehingga C akan bereaksi dengan H membentuk  intermediet  H-C*=O.  Setelah  itu, reaksi  hidrogenasi  dengan  atom  hidrogen teradsorpsi  lainnya  berlanjut  membentuk intermediet  H-C*-OH  dengan  terdorongnya ikatan  rangkap  O  ke  C,  sehingga  O  akan bereaksi  dengan  H  hingga  membentuk  H 2 - C*OH  dan  diikuti  dengan  terjadinya  reaksi antara C dan H sehingga terjadi desorpsi untuk membentuk CH 3 OH

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  beserta pembahasan  yang  telah  dilakukan  pada kegiatan  sintesis  metanol  menggunakan  CO dan  H 2 pada  variasi  temperatur  menggunakan katalis  Cu/ZnO/Al 2 O 3 ini,  dapat  diambil kesimpulan bahwasannya,
1. Katalis  A  memiliki  Komposisi  Cu  yang lebih banyak dari pada katalis B, sehingga katalis A mampu menghasilkan selektivitas  dan yield metanol  yang  lebih tinggi dibandingkan katalis B.
2. Semakin tinggi temperatur yang digunakan pada  reaksi  sintesis  metanol,  maka selektivitas pembentukan metanol semakin menurun, sedangkan yield metanol semakin meningkat.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Saya  ucapkan  terima  kasih  kepada  Pusat Teknologi  Sumberdaya  Energi  dan  Industri
Jurnal Teknologi 13 (2) pp 217 - 226 © 2021
Kimia  (PTSEIK),  Badan  Pengkajian  dan Penerapan Teknologi (BPPT), Kawasan Puspiptek,  Serpong,  Tangerang  Selatan  yang telah memfasilitasi kegiatan penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Ali, K. A., A. Z. A dan A. R. Mohamed. 2015. “Recent  Development  in  Catalytic Technologies  for  Methanol  Synthesis from  Renewable  Sources:  A  Critical Review”. Journal  of  Renewable  and Sustainable  Energy  Reviews .  Vol.  44:
508-518.
Allam,  D.,  S.  Bennici,  L.  Limousy  dan  S.
Hocine. 2019. “Improved Cu- and Zn- based  catalysts  for  CO 2 hydrogenation to methanol”. Journal Comptes Rendus Chimie . Vol. 22: 227-237.
Allam,  D.,  S.  Checnoun  dan  S.  Hocine.  2019. “Operating  Conditions  and  Composition Effect  on  the  Hydrogenation  of  Carbon Dioxide  Performed  over  CuO/ZnO/Al 2 O 3 Catalysts”. Bulletin  of  Chemical  Reaction Engineering & Catalysis . Vol 14 (3): 604- 613.
Dalena, F., A. Senatore, M.Basile, S. Khani, A. Basile dan A. Iulianelli. 2018.
“Advances  in  Methanol  Production and Utilization, with Particular Emphasis toward Hydrogen Generation  via  Membrane  Reactor
Technology”. Membranes . Vol. 8 (98):
1-27.
Froment,  G.  F.  dan  Bischoff,  K.  B.  1990.
ChemicalReactor Analysis and Design,
2 nd Edition .  New  York:  Jhon  Wiley and Sons.
Gangwar,  J.,  B.  K.  Gupta,  S.  K.  Tripathi  dan
A.  K.  Srivastava.  2015.  “Phase Dependent Thermal and Spectroscopic Eesponses  of  Al 2 O 3 Nanostructures with Di ﬀ erent Morphogenesis”. Nanoscale . Vol. 7: 13313-13344.
Hendriyana,  H.  Susanto  dan  Subagjo.  2015.
“Kinetika Reduksi Isotermal CuO/ZnO dalam Penyiapan Katalis untuk Sintesis  Metanol”. Prosiding  Seminar Nasional  Teknik  Kimia  “Kejuangan”
Pengembangan Teknologi Kimia untuk Pengolahan Sumber Daya Alam
Indonesia . Hal. 1-7.
Ledakowich,  S.,  L.  Nowicki,  J.  Petera,  J.
Niziol, P. Kowalik dan A.
Golebiowski. 2013. “Kinetic
Characterisation of Catalysts for Methanol  Synthesis”. Chemical  and Procces  Enginering .  Vol.  34  (4):  497-
506.
Lestari.  D.  Y.  2011.  “Kajian  Tentang Deaktivasi Katalis”. Prosiding Seminar Nasional Penelitian, Pendidikan  dan  Penerapan  MIPA, Fakultas  MIPA,  Universitas  Negeri
Yogyakarta . Hal. 1-7.
Liu,  X.  M.,  G.  Q.  Lu.,  Z.  F.  Yan  dan  J. Beltramini. 2003. “Recent Advances in Catalysts  for  Methanol  Synthesis  via Hydrogenation  of  CO  and  CO 2 ”. Ind. Chem. Res . Vol. 42 (25): 6518-6530. Liu, Y., X. Deng, P. Handan W. Huang. 2017.
“CO Hydrogenation to Higher
Alcohols  over  CuZnAl  Catalysts without Promoters: Effect of pH Value in Catalyst Preparation”. Fuel Processing Technology . Vol. 167: 575- 581.
Olah, G. A., A. Geoppert dan G. K. S. Prakash. 2009. Beyond  Oil  and  :  the  Methanol Economy,  Second  Edition .  WILEY- VCH Verlag GmbH & Co. kGaA.
Olah, G. A., A. Geoppert dan G. K. S. Prakash. 2009. “Chemical Recycling of Carbon Dioxide  to  Methanol  and  Dimethyl Ether: from Greenhouse to Renewable, Environmentally Carbon Neutral Fuels and Synthetic Hydrocarbons”. Journal Organic  Chemistry .  Vol.  74  (2):  487- 498.
Studt, F., F. A. Pedersen, Q. Wu, A. D. Jensen, B.  Temel,  J.  D.  Grunwaldt  dan  J.  K. Norskov. 2012. “CO Hydrogenation to Methanol  on  Cu-Ni  Catalysts:  Theory and Experiment”. Journal of Catalysis . Vol. 293: 51-60.
Thomas,  J.  M.  Dan  W.  J.  Thomas.  1997.
Principles and Practice of
Heterogeneous Catalysis . Weinheim: VCH.
Tisseraud,  C.,  C.  Comminges,  T.  Belin,  H. Ahouari, A. Soualah, Y. Pouilloux dan A.  L.  Valant.  2015.  “The  Cu–ZnO Synergy  in  Methanol  Synthesis  from CO 2 ,  Part  2:  Origin  of  the  Methanol and  CO  Selectivities  Explained  by Experimental  Studies  and  a  Sphere Contact Quantification Model in Randomly  Packed  Binary  Mixtures  on
Cu–ZnO Coprecipitate  Catalysts”.
Journal of Catalysis . Hal. 1-12. Wang, W., X. Li, Y. Zhang, R. Zhang, H. Ge, J.  Bi  dan  M.  Tang.  2017.  “Strong Metal–Support  Interactions  between
Ni and ZnO Particles and Their Effect on  the  Methanation  Performance  of
Ni/ZnO”. Catalysis
Science &
Technology . Vol. 7: 4413-4421. Xiao, K., Q. Wang, X. Qi dan L. Zhong. 2017.
“For  Better  Industrial  Cu/ZnO/Al2O3
Methanol
Synthesis
Catalyst:
A Compositional  Study”. Catal  Lett .
Vol. 147: 1581-1591.
Zhang,  L.,  Y.  Zhang  dan  S.  Chen.  2012. “Effect  of  Promoter  SiO 2 ,  TiO 2 or SiO 2 -TiO 2 on the Performance of CuO- ZnO-Al 2 O 3 Catalyst  for  Methanol Synthesis  from  CO 2 Hydrogenation”. Journal Applied Catalysis A: General . Vol. 415-416: 118-123.